SU863674A1

SU863674A1 - Method of thermal treatment of billets

Info

Publication number: SU863674A1
Application number: SU792810641A
Authority: SU
Inventors: Лев Константинович Нагорный; Лев Григорьевич Марьюшкин; Евгений Владимирович Прозоров
Original assignee: Краматорский Научно-Исследовательский И Проектно-Технологический Институт Машиностроения
Priority date: 1979-08-08
Filing date: 1979-08-08
Publication date: 1981-09-15

Description

(54) СПОСОБ ТЕРМИЧЕСКОЙ ОБРАБОТКИ ЗАГОТОВОК(54) METHOD FOR THERMAL PREPARING

1one

Изобретение относитс к термической обработке металлов и сплавов и может быть использовано преимущест- венно дл термической обрабо тки деталей из конструкционных марок сталей .The invention relates to the heat treatment of metals and alloys and can be used mainly for the heat treatment of parts made of structural steel grades.

Известен способ термической обработки конструкционных углеродистых сталей дл повышени их ударной в зкости , по которому сталь многократно (4-6 раз) нагревают до температур в межкритической области (А(, различными скорост ми от 50 до 15С1С/мин подстуживают до температур на 30бО С ниже АГ. Способ обеспечива ет получение высоких-.значений ударной в зкости TI .A known method of heat treatment of structural carbon steels to increase their toughness, in which the steel is repeatedly (4-6 times) heated to temperatures in the intercritical region (A (, with different speeds from 50 to 15 ° C / min, is heated to temperatures below 30 ° C below AH. The method provides high TI toughness values.

Однако этот способ характеризуетс невозможностью охлаждени стали на мартенсит.However, this method is characterized by the impossibility of cooling the steel on martensite.

Известен способ термической обработки , согласно которому дл повышени ударной в зкости углеродистую сталь многократно {5-10 раз) нагревают выше АС на 30-50с со скоростью 70-150 с/мин с последующим многократным (3-10-15 раз) воздействием на металл изменением температуры при нагревах и охлаждени х. Нагрев ведут со скоростью 50-150°С/мин, а затем The known method of heat treatment, according to which, in order to increase the toughness, carbon steel is repeatedly (5-10 times) heated above AC for 30-50s with a speed of 70-150 sec / min followed by repeated (3-10-15 times) exposure to metal temperature changes during heating and cooling. Heating lead at a speed of 50-150 ° C / min, and then

охлаждают на воздухе до температуры на ЗО-БО с ниже А, -например до 590610°С . Дальнейшее Ъхлаждение до комнатной температуры провод т в воде или масле. В результате применени этого способа существенно возрастает пластичность и в зкость сталей С2. Технологи термоциклической обработки по данному способу недостаточ10 но полно обеспечивает прогрев заготовок из-за отсутстви выдержек, что сказываетс на стабильности свойств по сечению и способствует усилению анизотропии. Поэтому известный способ обеспечивает требуемый уровень механических свойств только на малых размерах сечений заготовок. Кроме того, этот способ из-за отсутстви выдержек не обеспечивает однород20 ности аустенита в тех объемах, которые претерпели А -Т превращение. Известен также способ термической обработки заготовок, преимущественно из конструкционных стгшей, cooled in air to a temperature on the ZO-BO from below A, for example, to 590610 ° C. Further cooling to room temperature is carried out in water or oil. As a result of this method, the ductility and toughness of C2 steels are significantly increased. The thermocyclic processing technology of this method does not sufficiently ensure the heating of the workpieces due to the lack of shutter speeds, which affects the stability of the properties over the cross section and contributes to anisotropy enhancement. Therefore, the known method provides the required level of mechanical properties only on small sizes of the sections of the blanks. In addition, this method, due to the absence of extracts, does not ensure homogeneity of austenite in those volumes that have undergone A-T transformation. There is also known a method of heat treatment of blanks, mainly from structural steel,

25 включающий закалку, термодиклирование в интервале температур между АС и изотермическими выдержками при верхней и нижней температу|рах и последующее ускоренное охлгисЭО/дение Сз. Недостатком этого способа вл етс то/ что посто нна температура нагрева,, например 740°С, при многократных циклах в интервале АС-, еэ создает теплового импульса дл ускоренного прогрева удаленных от поверх ности зон заготовки. Поэтому превращение феррито-цементитной смеси (или мартенсита) в.аустенит не отличаетс ускоренно нарастакндим характером от поверхности к центру издели и нагрев практически в каждом цикле проте кает с одинаковой скоростью. Одина ксэвые продолжительности выдержки (например при 740°С - 60 мин) способ ствуют получению разной величины зерен аустенита и в конечном счете раз нозернистости прддуктов его распада при последующем охлаждении. Подстуживание в интервале температур АГ 600°С с изотермической выдержкой, на ример 640°С, - также не обеспечивает нарастающего характера превращени аустенита в продукты его распада, та как охлаждение в этом случае протекает после каждого цикла практически с одинаковой скоростью. Нар ду с обеспечением по известному способу в соких значений ударной в зкости, после увеличени числа циклов за сче образовани мелкодисперсной смеси фе рита- и цементита, значени предела т кучести остаютс неизменными. Цель изобретени - улучшение механических свойств, в частности предела текучести . Поставленна цель достигаетс тем что согласно способу термической обработки заготовок, преимущественно из конструкционных сталей, включающе му закалку, термоциклирование в интервале температур между с изотермическими выдержками при верхней и нижней температурах и последующее ускоренное охлажде ние, последнее в каждом последующем цикле ведут с нарастающей вдвое скоростью , при этом продолжительность изотермической выдержки каждого последующего цикла при нагреве в 2 раза уменьшают, а при охлаждении в 2 раза увеличивают по сравнению с предыдущим . Терьюциклирование провод т не менее трех раз, при этом в первом цик ле охлаждение ведут со скоростью 1015°С/мин , во втором - 20-30° С/мин, атретьем - 40-6.0 С/мин. П Ример осуществлени способ.а. Проведено по 5 режимов термической обработки заготовок диаметром .30 мм, изготовленных из углеродистой стали 45 ( 730°С, АГ- Acn,78 ) и низколегированной стали - 743С, Ар - 693 С, АС 4 ОХ (А 8.) . Каждый из п ти режимов отличаетс друг от друга количеством цик лов, подбираемых дл установлени on тимального варианта. Число циклов в каждом режиме указано в табл.2. . . После полной закалки заготовок от температуры АС,, +30- 50с режимы термической обработки с термоциклированием провод т следующим образом. Нагрев осуществл ют в нескольких электропечах сопротивлени типа МП2У. Кажда печь разогрета до заданных температур одного из циклов и посадка заготовок в печи осуществл етс на эти заданные температуры. Это обеспечивает ускорение нагрева заготовок и удобство проведени термической обработки, так как печи установлены в линию в пор дке возрастающих температур йагрева в каждом очередном цикле режима. Скорости охлаждени подбирают путем подбора интенсивности , обдува воздухом, его увлажнением и т.д. Средства охлаждени расположены р дом. На чертех е приведен режим термообработки . В табл.1 приведены режимы термической обработки и уровень механических свойств, предлагаемых и известного способов. Дл сопоставлени анализа проводитс термическа обработка по предлагаемому и известному способам. Результаты сравнительных исследований приведены в табл.1. Температуры нагрева, охлаждени и продолжительность выдержек фиксируют с помощью хромель-алюмелевых термопар, зачеканенных в заготовкисвидетели , и электронного потенциометра типа ПСРЗ-53 (,т) . По предлагаемому способу приведенна термическа обработка заготовок с одним и двум циклами (режим 1 и 2) не обеспечивает бла опри тного сочетани прочностных и в зких свойств. Первые по своим значени м близки к известному. Лучшее сочетание свойств обеспечивает режим термической обработки с трем циклами (табл.1, режим 3 и фиг.1), который вл етс оптимальным дл сталей 45 и 40Х. Согласно ему заготовки нагревают до температуры АС:,+ , выдерживают при этой температуре S 60 мин,, затем их охлаждают ро скоростью 12°С/мин до температур ниже АГ , т.е. до температур завершени распада аустенита с выдержкой при этой температуре S 10 мин. Затем во втором цикле снова нагревают , но до температуры , выдерживают при этой температуре S 30 мин, после чего охлаждают со скоростью 25°С/мин ниже .изотермической выдержкой в два раза большей (2S 20 мин), чем в предыдущем цикле, где S - вьщержка в первом цикле при нагреве,- S - при охлаждении. В третьем цикле вновь нагревают до температуры уже на 40 С выше АО, , выдерживают при этой температуре S 15 мин и дальше охлаждают со скоростью ЗО С/мин. Дл установлени оптимальнсэй скорости охлаждени в серии циклов каждого режима варьируют скорост ми охлаждени и длительностью вьвдержек. Скорости охлаждени , обеспечивающие более высокие значени предела те кучести и наилучшее сочетание других характеристик дл стали 45 приведевы в табл.З (данные только дл оптимального режима с трем циклами,см. фиг.1). Данные табл.1 и 2 показывают, что скорости охлаждени в первом цикле 10-15, во втором 20-30, в.третьем 40-60с/мин в сочетании с указайными выдержками в режиме № 3 (см. табл.1) обеспечивают наиболее высоки значени предела текучести и других характеристик. Применение меньших скоростей охлаждени приводит к изм нению (снижению, см. табл.2) преде ла текучести до 7% и.ударной в зкос до 12% в сравнении с оптимальным ва риантом. При увеличении скорости ох лаждени против оптимальной изменен в уровне характеристик практически не отмечено. Что же касаетс выдержек , то их изменение в сравнении с оптимальными (режим 3, табл.1), т.е изменениеих кратности 4:1, 3:1, 1:1 при нагреве и 1:1, 1:3, 1:4 при охлаждении привело к снижению всех характеристик на 6-8%. . После проведени режимов термической обработки по предлагаемому и известному способам из заготовок изготовлены разрывные и ударные образцы дл механических испытаний. Из данных табл.1 видно, что с уве личением количества циклов до трех оптимальный режим) предел текучест возрастает по сравнению с известным до своего максимального значени и составл ет, например дл стали 45, около 48.кгс/мм при одновременном достаточно высоком уровне всех остал ных характеристик. Дальнейшее увеличб ие числа циклов (табл.1, режим 4 и 5) не приводит практически к изменению предела текучести и других характеристик. По предлагаемому способу рост предела текучести составл ет 10-12% при полосе разброса уров н свойств, не превышающей 2-3%. Из табл.1 также видно,что с возрастанием количества циклов (до. трехчетырех ) комплекс механических свойств сталей 45 и 40Х постепенно повышаетс , кроме предела прочности(d), который практически остаетс неизменным. Повышение предела текучести в сочетании с высокими значени ми пластических (сЛ и Ч) и в зких характеристик (ан) обеспечивает повышение конструктивной прочности деталей машин, работающих в услови х знакопеременных и динамических нагрузок.Благопри тное сочетание указанных характеристик, полученных по предлагаемому способу, позвол ет примен ть эти режимы дл деталей машин турбостроени и работающих в услови х отрицательных температур Крайнего Севера (например экскаваторы , буровые установки, шахтное оборудование и др.).. Таким образом, экспериментальным путем установлено, что оптимальные значени интервала нарастающих скоростей охлаждени каждого последующего цикла перед предыдущим кратно двум, а ввщержек с соотношением при нагреве 2:1 и при охлаждении 1:2. f По предлагаемому способу оптимальным числом циклов в режиме вл етс режим термической обработки с трем циклами (режим 3, табл.1).Такой режим обеспечивает наилучшее сочетание прочностных, пластических и в зких характеристик механических свойств.. Использование предлагаемого способа в сравнении с известным дает следующие преимущества: при обеспечении высокого уровн характеристик механических свойств сталей типа 45 и 4ОХ предел текучести их повышаетс на 10-12%; получение практически одинаковых механических свойств при повышенном уровне предела текучести обеспечиваетс за меньшее количество циклов, за счет кратности параметров технологического процесса облегчаетс управление режимами термической обработки , создаютс услови дл организации поточного производства; предлагаемый способ применим дл самой широкой номенклатуры деталей, изготовл емых из конструкционных сталей , и может быть осуществлен на любом машиностроительном или ином заводе .25 which includes quenching, thermal cycling in the temperature range between the AU and isothermal exposures at the upper and lower temperatures and subsequent accelerated cooling of the cooling system / C 3. The disadvantage of this method is that / a constant heating temperature, for example, 740 ° C, with multiple cycles in the range AC-, ee creates a heat pulse for accelerated heating of the workpiece areas remote from the surface. Therefore, the transformation of the ferrite-cementite mixture (or martensite) in. Austenite does not rapidly accelerate its character from the surface to the center of the product, and heating occurs in almost every cycle at the same rate. Odin ksevye exposure durations (for example, at 740 ° C - 60 min) contribute to obtaining different sizes of austenite grains and ultimately different grain sizes of its decomposition products upon subsequent cooling. Soaking in the AG temperature range of 600 ° C with isothermal exposure, for example 640 ° C, also does not ensure the increasing character of austenite transformation into its decomposition products, such as cooling in this case proceeds after each cycle with almost the same speed. Along with providing, in a known manner, high values of toughness, after increasing the number of cycles for the formation of a fine mixture of ferrite and cementite, the values of the tensile strength remain unchanged. The purpose of the invention is to improve the mechanical properties, in particular the yield strength. The goal is achieved by the fact that according to the method of heat treatment of billets, mainly of structural steels, including quenching, thermal cycling in the temperature range between isothermal exposures at upper and lower temperatures and subsequent accelerated cooling, the last in each subsequent cycle is doubled in speed, while the duration of isothermal exposure of each subsequent cycle when heated is reduced by 2 times, and when cooled by 2 times increased compared to Jun with the previous one. Terucyclization was carried out at least three times; in the first cycle, cooling was performed at a speed of 1015 ° C / min, in the second - 20-30 ° C / min, at third - 40-6.0 C / min. P Reamer implementation method. 5 modes of heat treatment of blanks with a diameter of .30 mm made of carbon steel 45 (730 ° С, АH- Acn, 78) and low-alloy steel - 743С, Ar - 693 С, АС 4 ОХ (А 8.) were carried out. Each of the five modes differs from each other in the number of cycles selected to establish the optimal variant. The number of cycles in each mode is indicated in table 2. . . After complete tempering of the blanks from the temperature AC, + 30-50 ° C, the heat treatment regimes with thermal cycling are carried out as follows. Heating is carried out in several electric furnaces of the MP2U type. Each furnace is heated to a predetermined temperature of one of the cycles and the billets are set in the furnace at these predetermined temperatures. This ensures the heating of the blanks and the convenience of heat treatment, since the furnaces are installed in a line in the order of increasing yagrev temperatures in each successive cycle of the regime. Cooling rates are selected by selecting the intensity, blowing air, humidifying it, etc. Cooling facilities are located side by side. In the drawing e shows the heat treatment mode. Table 1 shows the heat treatment regimes and the level of mechanical properties proposed and known methods. To compare the analysis, heat treatment is carried out according to the proposed and known methods. The results of comparative studies are shown in table 1. Temperatures of heating, cooling, and duration of exposure are fixed using chromel-alumel thermocouples, capped into witnesses, and an electronic potentiometer of the type PSRZ-53 (, t). According to the proposed method, the above thermal treatment of blanks with one and two cycles (mode 1 and 2) does not provide a good combination of strength and viscous properties. The first in terms of their values are close to the known. The best combination of properties provides a heat treatment mode with three cycles (Table 1, Mode 3 and Figure 1), which is optimal for steels 45 and 40X. According to it, the blanks are heated to the temperature AC:, +, kept at this temperature S 60 minutes, then they are cooled at 12 ° C / min at temperatures below AH, i.e. to the temperatures of completion of austenite decomposition with a holding time at this temperature S 10 min. Then, in the second cycle, it is heated again, but to a temperature, kept at this temperature S 30 minutes, then cooled at a rate of 25 ° C / min. Lower with an isothermal holding twice as long (2S 20 minutes) than in the previous cycle, where S - The charge in the first cycle when heated, - S - when cooled. In the third cycle, they are again heated to a temperature already 40 ° C above the AO, and are kept at this temperature S for 15 minutes and then cooled at a rate of 30 ° C / min. In order to establish the optimum cooling rate in a series of cycles of each mode, the cooling rates and the duration of the steps are varied. Cooling rates that provide higher limit values for those density and the best combination of other characteristics for steel 45 are given in Table 3 (data for an optimal mode with three cycles, see figure 1). The data of Tables 1 and 2 show that the cooling rates in the first cycle are 10-15, in the second 20-30, the third 40-60s / min in combination with the specified extracts in mode No. 3 (see table 1) provide the most yield strengths and other characteristics are high. The use of lower cooling rates leads to a change (decrease, see Table 2), the yield strength of up to 7% and shock resistance up to 12% in comparison with the optimal version. With an increase in the cooling rate versus the optimum, the change in the level of characteristics is practically not noted. As for the extracts, their change in comparison with the optimal (mode 3, Table 1), i.e. their change in the ratio of 4: 1, 3: 1, 1: 1 during heating and 1: 1, 1: 3, 1: 4 during cooling led to a decrease in all characteristics by 6-8%. . After conducting heat treatment modes according to the proposed and known methods, tensile and impact samples were made from blanks for mechanical tests. From the data of Table 1, it can be seen that with an increase in the number of cycles to three, the optimal mode increases the yield strength as compared to the known value and reaches, for example, steel 45, about 48 kg / mm, while the level of all other characteristics. A further increase in the number of cycles (Table 1, mode 4 and 5) does not practically lead to a change in the yield strength and other characteristics. According to the proposed method, the growth of the yield strength is 10-12% with a variation band of a property level not exceeding 2-3%. It is also seen from Table 1 that with an increase in the number of cycles (up to three and four), the complex of mechanical properties of steels 45 and 40X gradually increases, except for tensile strength (d), which practically remains unchanged. Increasing the yield strength in combination with high values of plastic (SL and H) and viscous characteristics (en) provides an increase in the structural strength of machine parts operating under alternating and dynamic loads. The favorable combination of these characteristics obtained by the proposed method allows It does not apply these modes to parts of turbine building machines and working in the conditions of negative temperatures of the Extreme North (for example, excavators, drilling rigs, mining equipment, etc.) .. It has been experimentally established that the optimum values of the interval of increasing cooling rates of each subsequent cycle before the previous one are a multiple of two, and that with a ratio with a heating ratio of 2: 1 and a cooling ratio of 1: 2. f According to the proposed method, the optimal number of cycles in the mode is a heat treatment mode with three cycles (mode 3, table 1). This mode provides the best combination of strength, plastic and viscous characteristics of mechanical properties .. Using the proposed method in comparison with the known gives following advantages: while ensuring a high level of characteristics of the mechanical properties of steels of the types 45 and 4OX, their yield strength increases by 10-12%; obtaining almost identical mechanical properties at an increased level of yield strength is provided in fewer cycles, due to the multiplicity of the process parameters, the management of heat treatment modes is facilitated, conditions are created for the organization of mass production; The proposed method is applicable to the widest range of parts manufactured from structural steel, and can be carried out at any engineering or other plant.

о о:ооооо-ооооооabout o: ooooo-oooooo

1Лч- 1Г)Г Ч1Л1 00Ч1ЛГ СОСО1 LH-1G) G CH1L1 00CH1LG SOSO

(( ((

гоgo

CNCN

ГМGM

ОABOUT

оabout

J3J3

VOVO

TfTf

юYu

гg

гCNgCN

NN

нn

kOkO

гg

t Гt G

чоwhat

I ШI Ш

0000 тЧ (N « 000000 PM (N "00

(N(N

N 1Я о о N i am about

CN 1Л О О О гН {N 1Л оCN 1L O O O rN {N 1L o

тН (N 1Г) О ОTN (N 1G) О О

гЧ fSMS FS

Г о о 1Л Г- About about 1L G-

1Л1L

о о oh oh

1Л го1L go

н УЗ го гН ю гоn ultrasound

(ГОЧтЧ.ГМ(Г1Ч1Л(GOCHTCH.GM (G1CH1L

Claims

Claim

1. The method of heat treatment of workpieces, mainly from structural steels, including hardening, thermal cycling in the temperature range between Ας, - ^{and α} γ _ί 600 ° C with isothermal holdings at upper and lower temperatures and subsequent accelerated cooling, characterized in that, in order to increase in yield strength, cooling in each subsequent cycle is carried out at a doubling rate, while the duration of isothermal holding of each subsequent cycle is reduced by 2 times during heating, and · by cooling 2 times increase by 2d compared to the previous one.

2. The method according to claim 1, characterized in that the thermal cycling is carried out 3 times, while in the first cycle, cooling is carried out at a speed of 10-15 ° C / Yin, in the second 20-30 ° C / min, * 5 V the third 40-60 ° C / min.